可重構機床提高大批量生產的柔性化

現代化生產要求設備的技術方案具備更好的應變能力。由于柔性化的增加需要耗費資金，因此也就直接影響到生產的經濟性。在高度專業化的批量生產活動中，對最大柔性化和高經濟性的要求仍然充滿矛盾，也未得到真正的解決。
    一直以來人們的觀點都是：生產周期很長的批量性產品只有在專業設備上加工，才能達到最佳的經濟性。這樣一種設備專為這種工件而設計，才可以滿足所有的要求。但是，當今的產品品種變化非常頻繁，所生產的工件特征也會經常發生變化，因此加工計劃逐步要求設備具有柔性化。

圖1  在對機床進行投資分析時，最大的靈活性與良好
的經濟性一直是一對相互對立的因素�？芍貥嬛圃煜到y
可以化解這種矛盾，尤其在高精度的大批量生產過程中

    可重構機床得到了越來越多的應用，它明顯地要比通用型設備便宜，這是因為某些模塊和加工選擇項并非必須具備，而是在需要的時候，再另行購置并更換使用。另一方面，與專用設備或特殊設備相比，更高的柔性化可以使小批量或中等批量的工件整體加工更凸現良好的經濟效益。
    機床可重構方案通過購置新的模塊來滿足新的要求，即可確保對實時工件的最佳加工。由于無需支出不需要的部件的費用，因此設備的價格就變得相應較低。
    順利進行可重構制造的前提條件是要具備合適的接口。這種接口技術允許可以更換所有的加工模塊或軸。與現行的設備方案相反，加工工藝的更換，如從銑削到磨削或安裝附加的旋轉軸或直線軸，無需設備停機數周。在理想的情況下，工藝的更換可在一天之內由用戶自行完成。機床制造廠家對此提供相應的技術或對模塊進行預安裝和預調試。對于可重構制造，只需將這些組件通過設備上的機械接口準確的裝配到設備上即可。
接口具有剛性和標準化
    該接口除了具備良好的剛性之外，還需達到模塊的長期可更換性和設備的標準化。常見的是螺栓連接方式，但是螺栓在校準后需要施加張緊力，模塊更換時必須反復測量尺寸并借助于螺栓進行調節。
    采用一種所謂的靜態接口最為適合。其原理與HSK刀具連接件相仿，用戶可以獲得一種咬合力強的剛性接口。張緊可以采用液壓或人工進行。如果在狹窄的生產空間里為設備加裝模塊的話，則只需把模塊裝入到接口4mm的對中錐度里即可。
    針對大批量生產中因存在成本壓力和對工件進行連續優化而實施的技術改進或產品的更改，設計了XG系列powertrain（圖2）。新的生產技術通過接口被集成到設備上，由此，設備可持續保持在最新的技術水平上。此外，設備還可以對批量生產所提出的新要求作出快速的反應，而在以往情況下，哪怕是對工件的進行一點小改動，也經常需要很大的改裝量。

圖2  XG系列MAG powertrain主要用于對動力鉸接元件的
大批量生產。對這種系列產品可以實現機床的可重復配置

對新技術的集成
    產品的更改使得可重構制造變得很有必要（圖3）。由此需對設備進行很大程度上的干預：從工作間里設備的自動化、工件夾具一直到軸的布置（圖4）。

圖3  加工模塊設有靜力接口，可以實現鉸接關節（上）與差動
外殼（下）之間的更換。所需的工作空間的變化已經被考慮在內

圖4  在對鉸接關節和差動外殼進行更換時，工作空
間會發生很大的變化。更換件可以是設備的自動化
部分，也可以是工件的夾持裝置，還可以是軸的布置

    為了達到這一點，在加工模塊上設有靜態接口，同時在對接口進行定義時，使它在安裝完畢的設備上仍能夠被更換。要在某些模塊上做到這一點，是很耗費時間的，尤其是在既大又重的部件，如B軸模塊上更是如此，主要是因為工作空間有限。在更換部件時，有些部件必須設有特殊的開口，以便于運送。
    借助于接口，加工模塊在設備制造廠商那里接受預調設，這樣可以減輕現場的調換工作量，加速工作完成。工件的夾具系統和自動化部分也可以通過接口進行更換。由此可以在兩個不同工件的兩個工作區域里實現快速和簡便的可重構。為了確保理想的剛性特性，各個模塊均帶有相應數量的接口。
磨削取代銑削和車削
    另一種情況是XG系列機床極簡便的可重構：把硬質銑削和車削工藝更改為磨削。通過把銑軸更換為轉速為60 000r/min的磨削軸并把車削刀座更換為轉速為30 000r/min的磨削軸即可。由于從連接元件到插頭都采用標準化的接口，因此這種措施無需大的工作量。此外，模塊還可以通過標準接口被固定在設備的機架上（圖5）。

圖5  從幾何外形連接元件一直到插頭，設備均裝有標準的部
件。此外，可以實現例如把車削軸模塊與銑削軸模塊進行互換

    如果更換生產工藝對設備有著較大的影響的話，則這種做法就非常有意義，如從硬銑削和硬車削轉換到軟加工便屬于這種情況。這時，可以在設備上使用針對粗加工和精加工的銑軸。通過模塊方案，部件的更換就顯得非常簡便，由于兩個模塊均采用相同的接口，因此松開張緊裝置即可把模塊從設備上取下。銑削模塊可以大致被定位，然后通過接口的夾力被固定在正確的位置上。通過這種方式，調換過程可以極大縮短。
較小的采購費用和較好的經濟效益
    可重構制造是一種可以提高機床的經濟性和延長機床使用壽命的理想方法。接口新技術還可以快速而便捷地被集成到設備上。
    在經濟性方面，曾經進行了一項研究，即把一臺常規設備與一臺同型號的可重構制造的設備進行對比：在15年的使用過程中，總共進行了三次可重構制造（從銑削工藝更換到磨削工藝，取下或裝上不同的加工軸），從中證實了新的設備方案的經濟性要超出大約20%。由于設備的使用壽命較長，因此無需耗費大量采購資金，這一點優勢是顯而易見的。